Netiesinė optika

Netiesinė optika – optikos šaka, nagrinėjanti šviesos sklidimą netiesinėse medžiagose, turinčiose netiesinį dielektrinės poliarizacijos atsaką į išorinį elektromagnetinio lauką (šviesą). Netiesinės optikos reiškiniai dažniausiai pasireiškia esant labai dideliems šviesos lauko intensyvumams, todėl ši mokslo sritis pradėjo vystytis 1960 m. išradus lazerį.

KDP monokristalas. KDP kristaluose pasireiškia antros eilės optinis netiesiškumas – antrosios harmonikos generacija.

Netiesinės optikos pradžia

Netiesinė optikos nagrinėjimo pradžia siejama su lazerio sukūrimu. 1961 m. P. A. Franken su bendraautoriais iš Mičigano universiteto pademonstravo antrosios harmonikos generaciją su .

Netiesinis jautris

Elektromangnetinių bangų poveikis medžiagai priklauso nuo medžiagos . Poliarizuotumą, esant stipriam elektriniam laukui, galime užrašyti:

${\displaystyle P(t)\propto \chi ^{(1)}E(t)+\chi ^{(2)}E^{2}(t)+\chi ^{(3)}E^{3}(t)+\cdots }$

Čia ${\displaystyle \chi ^{(n)}}$ – n-osios eilės medžiagos . Trečios eilės netiesinis jautris maždaug septyniomis eilėmis mažesnis už antros eilės netiesinį jautrį. Dar aukštesnės eilės jautriai yra nykstamai maži, todėl netiesinės optikos reiškinių aprašyme pasiribojama tik kvadratinio ir kubinio netiesiškumo jautriais. Poliarizuotumo formulę galime parašyta supaprastintai, atskiriant tiesinės ir netiesinės poliarizuotumo narius:

${\displaystyle P(t)\propto P_{T}(t)+P_{2}(t)+P_{2}(t)+\cdots \propto P_{T}+P_{N}T.}$

Esant silpnam elektriniam laukui, medžiagos poliarizuotumas tiesiškai priklausys nuo išorinio elektrinio lauko. Tačiau kai išorinio elektrinio lauko stipris taps palyginamas su elektrono kuriamu elektrinio lauko stipriu, pasireišks netiesiniai poliarizuotumo nariai, sukeliantys įvairius netiesinius optinius reiškinius.

Netiesiniai kristalai

Kaip minėta, netiesinis poliarizacinis atsakas pasireiškia, kai išorinis elektrinis laukas tampa palyginamas su vidiniu elektronų kuriamu elektriniu lauku. Stiprus šviesos laukas iškreipia elektronų potencinį lauką. Izotropinių medžiagų ar kristalų, turinčių centrinę laukas iškreipiamas simetriškai, todėl šių medžiagų poliarizacija aprašoma tik nelyginio laipsnio elektrinio lauko nariais – joms lyginiai netiesiniai jautriai yra lygūs nuliui. Šios medžiagos (pvz., oras, vanduo, stiklai) yra vadinamos kubinio netiesiškumo medžiagomis.

Kvadratinės eilės jautris nėra lygus nuliui tik tam tikruose kristaluose, neturinčiuose centrinės simetrijos. Iš 32 simetrijos klasių 21 klasė neturi centrinės simetrijos. Tačiau palyginę kristalų kiekį galime pasakyti, kad kvadratinių kristalų tėra labai nedidelė visų kristalų dalis. Kvadratinio netiesiškumo kristalus galima suskirstyti į fosfidus (KDP, ADP, ), boratus (, ), neobatus (${\displaystyle LiNbO_{3}}$) bei kitus kristalus.

Netiesiniai optiniai reiškiniai

Pagal reiškinių prigimtį intensyviems lazerio impulsams sąveikaujant su medžiaga vykstantys reiškiniai skirtomi į kvadratinio netiesiškumo, kubinio netiesiškumo reiškinius, netiesines , netiesinę sugertį. Pagal sąveikoje dalyvaujančių fotonų skaičių reiškiniai skirstomi į dvibangius (netiesinės sklaidos), tribangius (kvadratinio netiesiškumo reiškiniai) bei keturbangius (kubinio netiesiškumo reiškiniai).

Kvadratinio netiesiškumo reiškiniai:

• Antrosios harmonikos generacija
• Suminio dažnio generacija

Kubinio netiesiškumo reiškiniai:

Priverstinės sklaidos:

Netiesinė sugertis:

Ekstremalioji netiesinė optika:

Šaltiniai

1. Franken, P.A.; Hill, A. E., Peters, C.W. ir Weinreich, G. (1961). „Generation of Optical Harmonics“ (PDF). Phys. Rev. Lett. 7: 118–119. doi:10.1103/PhysRevLett.7.118. Nuoroda tikrinta 2006-11-28.{{}}: CS1 priežiūra: multiple names: authors list ()
2. Boyd, R.W. (2008). Nonlinear Optics. Academic Press; 3 edition. p. 640.